حیات مصنوعی خلق شد! ساخت سلول‌ آزمایشگاهی با توانایی رشد و تکثیر

دانشمندان سلول‌های مصنوعی بسیار ساده‌ای ساخته‌اند که می‌توانند در محیط آزمایشگاه رشد کنند، DNA خود را همانندسازی کنند و تقسیم شوند.

خلق حیات در آزمایشگاه سال‌ها یکی از بلندپروازانه‌ترین اهداف زیست‌شناسی بوده است. اکنون گروهی از پژوهشگران موفق شده‌اند سلول‌های مصنوعی بسیار ساده‌ای بسازند که می‌توانند در محیط آزمایشگاه رشد کنند، ماده ژنتیکی خود را کپی کنند و تقسیم شوند. هرچند این سلول‌ها هنوز زنده محسوب نمی‌شوند، پژوهشگران می‌گویند این دستاورد یکی از مهم‌ترین گام‌ها در مسیر ساخت حیات مصنوعی از مواد غیرزنده به شمار می‌رود.

سلول‌های مورد بحث که از ترکیبات شیمیایی و DNA ساخته‌شده در آزمایشگاه تشکیل شده‌اند، برای نخستین بار توانسته‌اند چرخه‌ای را طی کنند که از ویژگی‌های اصلی سلول‌های زنده است؛ یعنی رشد، همانندسازی DNA و تقسیم برای تولید نسل بعدی. به گفته پژوهشگران، این موفقیت می‌تواند در آینده راه را برای ساخت موجودات مصنوعی هموار کند که بتوان از آن‌ها برای تولید دارو، مواد غذایی، سوخت‌های زیستی و مواد صنعتی استفاده کرد.

اهمیت پژوهش به کاربردهای صنعتی محدود نمی‌شود. این آزمایش می‌تواند به یکی از بنیادی‌ترین پرسش‌های زیست‌شناسی نیز کمک کند: چگونه مجموعه‌ای از مولکول‌های بی‌جان در نقطه‌ای به چیزی تبدیل می‌شوند که آن را «حیات» می‌نامیم؟

تصویر با وضوح بسیار بالا از لیپوزوم‌های سلول مصنوعی SpudCell که ژنوم درونشان محصور شده و فرایند تولید پروتئین در آن‌ها به‌طور فعال در حال انجام است.

دکتر کیت آدامالا، زیست‌شناس دانشگاه مینه‌سوتا و سرپرست پژوهش، می‌گوید سلول‌های ساخته‌شده هنوز از نظر کارایی با سلول‌های طبیعی فاصله زیادی دارند، اما نشان می‌دهند که رفتارهایی مانند رشد و تکثیر را می‌توان تنها با کنار هم قرار دادن مولکول‌های مناسب بازسازی کرد.

ساخت سلول از صفر، نه تغییر سلول زنده

دانشمندان سال‌هاست تلاش می‌کنند موجودات مصنوعی بسازند. در گذشته بیشتر پژوهش‌ها بر تغییر ژنتیکی سلول‌های زنده متمرکز بود؛ برای مثال در سال 2010 گروه کریگ ونتر ژنوم یک باکتری را به‌طور مصنوعی بازسازی و درون سلول دیگری قرار داد.

این نخستین بار است که سلول مصنوعی چرخه کامل رشد، تکثیر ماده ژنتیکی و تقسیم سلولی را نشان می‌دهد

اما پژوهش جدید رویکرد متفاوتی دارد. در این روش، پژوهشگران از همان ابتدا سلول را از مواد غیرزنده ساخته‌اند تا تمام اجزای آن کاملاً شناخته‌شده باشد. آن‌ها کار را با لیپوزوم‌ها آغاز کردند؛ حباب‌های میکروسکوپی از جنس چربی که دیواره‌ای شبیه غشای سلول‌های واقعی دارند. سپس مقدار کمی DNA مصنوعی را درون آن‌ها قرار دادند تا دستورالعمل‌های لازم برای انجام عملکردهای پایه سلول را فراهم کند.

سلول‌های مصنوعی که SpudCell نامیده می‌شوند، برخلاف سلول‌های طبیعی توانایی تولید مواد موردنیاز خود را ندارند. آن‌ها تنها زمانی کار می‌کنند که در محلولی غنی از مولکول‌های زیستی قرار بگیرند. در این محیط، حباب‌های کوچک‌تر به سلول اصلی متصل می‌شوند و مواد مورد نیازی مانند آنزیم‌ها، ریبوزوم‌ها و مولکول ATP را که مهم‌ترین حامل انرژی در سلول‌های زنده است، در اختیار آن‌ها می‌گذارند.

ریبوزوم‌ها کارخانه‌های تولید پروتئین در سلول هستند و بدون آن‌ها ساخت پروتئین امکان‌پذیر نیست. پس از دریافت این مواد، DNA مصنوعی دستور ساخت پروتئین‌های لازم، همانندسازی ماده ژنتیکی و در نهایت تقسیم سلول را صادر می‌کند.

شبیه‌سازی انتخاب طبیعی در آزمایشگاه

پژوهشگران فقط به مشاهده رشد سلول‌ها بسنده نکردند. آن‌ها نسخه‌هایی از SpudCell را با تفاوت‌های ژنتیکی جزئی ساختند و نشان دادند سلول‌هایی که سرعت رشد بیشتری دارند، به‌تدریج تعدادشان افزایش می‌یابد و سلول‌های کندتر را کنار می‌زنند.

این پدیده، نمونه‌ای ساده از اصل «بقای اصلح» است که یکی از پایه‌های نظریه تکامل به شمار می‌رود. به بیان دیگر، حتی در یک سامانه مصنوعی نیز اگر تفاوت‌هایی در توانایی رشد وجود داشته باشد، سلول‌های موفق‌تر به‌تدریج غالب می‌شوند.

سلول مصنوعی SpudCell که از ترکیبات شیمیایی غیرزنده ساخته شده و در حال تقسیم شدن است.

تام الیس، استاد زیست‌شناسی مصنوعی در کالج سلطنتی لندن که در پژوهش نقشی نداشته است، مطالعه را یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های سال‌های اخیر در حوزه سلول‌های مصنوعی توصیف می‌کند. به گفته او، ساخت چنین سلول‌هایی به دانشمندان کمک می‌کند حداقل شرایط لازم برای شکل‌گیری حیات را شناسایی کنند و بهتر بفهمند نخستین سلول‌های زمین احتمالاً چگونه از مواد شیمیایی ساده پدید آمده‌اند.

منبع : نسکالو